ETEKEtekET2046Microelectronics低电压I/O触摸屏控制电路概述ET2046是4线触摸屏控制器，支持1.5V5.5V的低压I/O接口。ET2046具有内置2.5V电压源，可用于辅助输入、电池监测和温度检测模式的测量。在不使用时，也可将内置电压源关闭以节约电力。内置电压源最低可工作于2.7V电源电压，同时可检测0V～6V的电池电压。由于ET2046有着低功耗（在电源电压为2.7V时小于0.75mW）、高速度（最高采样率可到125KHz）和内置芯片驱动等特点，使其成为带电阻式触摸屏的个人数字助理（PDAs）、BP机、移动电话和其它便携式设备的理想选择。ET2046可工作于-40℃～85℃。功能特点?管脚与ADS7846兼容.工作电压：2.2V~5.25V?1.5V到5.25V数字I/O接口内置2.5V电压源0?可直接测量电池电压（0V~6V）?片上内置温度测量.触摸压力测量QSPITM和SPITM3线接口..自动节电?封装形式：SSOP16(ET2046S），OFN16(ET2046Y）管脚排列图Nod10+VCC16DCLK1514.161315X+2国Y+1412AUX3DINBUSY0X-13BUSYDDIN 211VBATET2046ET2046Y-12DOUT5cs 310 GNDGND116PENIRQDCLKY-910VBATIOVDDAUX98VREF68X?+AQFN16(ET2046Y)SSOP16(ET2046S)Rev 2.02007-12-121/16
ET2046 Rev 2.0 2007-12-12 1/16 Etek Microelectronics 低电压 I/O 触摸屏控制电路 概述 ET2046 是 4 线触摸屏控制器，支持 1.5V～5.5V 的低压 I/O 接口。ET2046 具有内置 2.5V 电压源，可 用于辅助输入、电池监测和温度检测模式的测量。在不使用时，也可将内置电压源关闭以节约电力。内置 电压源最低可工作于 2.7V 电源电压，同时可检测 0V～6V 的电池电压。 由于 ET2046 有着低功耗（在电源电压为 2.7V 时小于 0.75mW）、高速度（最高采样率可到 125KHz） 和内置芯片驱动等特点，使其成为带电阻式触摸屏的个人数字助理（PDAs）、BP 机、移动电话和其它便携 式设备的理想选择。ET2046 可工作于-40℃～85℃。 功能特点 z 管脚与 ADS7846 兼容 z 工作电压：2.2V～5.25V z 1.5V 到 5.25V 数字 I/O 接口 z 内置 2.5V 电压源 z 可直接测量电池电压（0V～6V） z 片上内置温度测量 z 触摸压力测量 z QSPI TM 和 SPI TM 3 线接口 z 自动节电 z 封装形式：SSOP16(ET2046S)，QFN16(ET2046Y) 管脚排列图 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 ET2046 +VCC X+ Y+ X- Y- GND VBAT AUX DCLK CS DIN BUSY DOUT PENIRQ IOVDD VREF 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 16 15 14 13 BUSY DIN CS DCLK +VCC X+ Y+ X- Y- GND VBAT AUX DOUT PENIRQ IOVDD VREF ET2046 SSOP16(ET2046S) QFN16(ET2046Y)
ET2046管脚说明序号管脚名称功能说明SSOP16QFN1651电源。+VCC26X+X+输入。37Y+Y+输入。48X-X-输入。5Y-9Y-输入。610地。GND711VBAT电池监测输入。128AUX到ADC的辅助输入。913VREF电压参考源输入/输出。1410IOVDD数字I/O电源输入。1511PENIRQ触摸笔中断。串行数据输出。数据在DCLK的下降沿移出。当CS为高时，此输出1216DOUT是高阻态。131BUSYBUSY输出。当cs为高时，此输出是高阻态。214DIN串行数据输入。若Cs为低，数据在DCLK的上升沿被锁入寄存器。片选输入。控制转换时间和使能串行输入/输出寄存器。CS为高3cs15=Power-Down模式(ADConly)。416DCLK外部时钟输入。此时钟用于SAR转换过程和同步串行数据I/O。功能框图OPENRODetect+NooIFX+ OTemperatureSARX-OSensarOIOVDD。-Y+OODOUT-Y-0OBUSYComparatoH06-ChannelSertaCDACMUXDataIn/Out-ODCLKBatleryVEATOMontorO DINAUXOinterial 2.5VVREp ORetHrenceRev2.02007-12-122/16
ET2046 Rev 2.0 2007-12-12 2/16 管脚说明 序号 SSOP16 QFN16 管脚名称 功能说明 1 5 +VCC 电源。 2 6 X+ X+输入。 3 7 Y+ Y+输入。 4 8 X- X-输入。 5 9 Y- Y-输入。 6 10 GND 地。 7 11 VBAT 电池监测输入。 8 12 AUX 到 ADC 的辅助输入。 9 13 VREF 电压参考源输入/输出。 10 14 IOVDD 数字 I/O 电源输入。 11 15 PENIRQ 触摸笔中断。 12 16 DOUT 串行数据输出。数据在 DCLK 的下降沿移出。当CS 为高时，此输出 是高阻态。 13 1 BUSY BUSY 输出。当CS 为高时，此输出是高阻态。 14 2 DIN 串行数据输入。若CS 为低，数据在 DCLK 的上升沿被锁入寄存器。 15 3 CS 片选输入。控制转换时间和使能串行输入/输出寄存器。 CS 为高 =Power-Down 模式(ADC only)。 16 4 DCLK 外部时钟输入。此时钟用于 SAR 转换过程和同步串行数据 I/O。 功能框图
ET2046功能说明ET2046是一个经典的逐次逼近寄存器模数转换器（SARADC）。此架构基于电荷重分配原理，固有采样保持功能。ET2046的基本工作原理如下图所示。此器件内置一个2.5V的电压源，使用外部时钟，可用2.7V到5.25V的电源供电。内部源可被外部低阻抗1V到+VCC的电压源所驱动。源电压的值直接决定了转换器的输入范围。转换器的模拟输入（X-，Y-和Z坐标，辅助输入，电池电压和芯片温度）通过一个多路选择器提供。个独特的低导通电阻触摸屏驱动开关允许一个未被选择的ADC输入通道为外部器件提供电源，另一个相邻的通道提供地，例如触摸屏。通过维持转换器的差分输入和差分参考结构，可减低触摸屏驱动开关导通电阻所带来的误差（若这是特定测量条件下的一个误差来源）。模拟输入PENIRQ 1OVDDnTEMPTEMPOLevelShifter≥50konLogic0knSER/DFRA2-AD(Shown001s)(Shown Low)X-oRefOn/of+REFADCVBA2.5k0LWLBatteryAU)GND图1模拟输入上图展示了ET2046上的多路输入选择器，ADC的差分输入和转换器的差分参考方式。表1和表2显示了A2、A1、A0和SER/DFR控制字之间的关系及ET2046的配置。此控制字由串口DIN提供。当转换器进入保持模式，+IN和-IN输入的电压差由内部的电容阵列所捕获。模拟输入的电流由器件的转换速率所决定。在采样周期，源必须对内部采样电容（典型值为25pF）充电。在电容完全充电后就不会再有输入电流。从模拟源到转换器的传输速率是一个转换速率的函数。Rev 2.02007-12-123/16
ET2046 Rev 2.0 2007-12-12 3/16 功能说明 ET2046 是一个经典的逐次逼近寄存器模数转换器（SAR ADC）。此架构基于电荷重分配原理，固有采 样保持功能。 ET2046 的基本工作原理如下图所示。此器件内置一个 2.5V 的电压源，使用外部时钟，可用 2.7V 到 5.25V 的电源供电。内部源可被外部低阻抗 1V 到+VCC 的电压源所驱动。源电压的值直接决定了转换器的 输入范围。 转换器的模拟输入（X-，Y-和 Z 坐标，辅助输入，电池电压和芯片温度）通过一个多路选择器提供。 一个独特的低导通电阻触摸屏驱动开关允许一个未被选择的 ADC 输入通道为外部器件提供电源，另一个 相邻的通道提供地，例如触摸屏。通过维持转换器的差分输入和差分参考结构，可减低触摸屏驱动开关导 通电阻所带来的误差（若这是特定测量条件下的一个误差来源）。 模拟输入 图 1 模拟输入 上图展示了 ET2046 上的多路输入选择器，ADC 的差分输入和转换器的差分参考方式。表 1 和表 2 显 示了 A2、A1、A0 和 SER/ DFR 控制字之间的关系及 ET2046 的配置。此控制字由串口 DIN 提供。当转换 器进入保持模式，+IN 和-IN 输入的电压差由内部的电容阵列所捕获。模拟输入的电流由器件的转换速率 所决定。在采样周期，源必须对内部采样电容（典型值为 25pF）充电。在电容完全充电后就不会再有输入 电流。从模拟源到转换器的传输速率是一个转换速率的函数
ET2046AUXTEMPY-POSITIONX-POSITIONZPOSITIONZ,-POSITIONX-DRIVERSY-DRIVERSA0A2VnaY01Offoff00+IN (TEMP0)O0offOn+INMeasure00ofroffIN0x-,OnY+,OnMeasure100+INMeasureX-,OnY+,On01ORoff--INMeasure0Offoff+IN (TEMP1)off表1输入配置（DIN)，单端参考源模式（SER/DFR为高）A2AA0+REF-REFX+Y-POSITIONX-POSITIONZ,POSITIONZPOSITIONDRIVERSONY+0Y++IN0Y-MeasureY+, Y-Y++IN0X-Y+,X-NMeasure0YXHINY+, X-MeasureMeasureX+, X-X表2输入配置（DIN)，差分参考源模式（SER/DFR为低）内部参考ET2046内置一个2.5V的电压参考源，可通过控制字PD1开启和关闭。一般此参考源只用于单端模式下的电池监测、温度测量和辅助输入的测量。而差分模式下可优化对触摸屏的测量。为了与ADS7843兼容，内部参考电压源必须关闭。因此，在上电后，必须写入一个PD1=0来保证源的关闭。ReferencePower-DownOGaOptionalTO-CDAC图2内部源的简化图参考输入在+REF和-REF之间的电压差决定了模拟输入的工作范围。ET2046在1V+Vcc电压源下工作。有几处与电压源输入和其宽电压范围相关的关键点需要注意。当源电压下降时，每一个数字输出码所对应的模拟输入值也相应下降。这与最低有效位（LSB）相关，1LSB对应于在12Bit模式下的源电压除以4096的值。当源电压下降时，由于LSB的值也降低，导致此ADC固有的失调误差和增益误差将上升。例如，在2.5V电压源下转换器的失调误差为2LSBs，而在1V的电压源下其误差可达5LSBs。但在两种情况下，器件失调误差的绝对值是相同的，都为1.22mV。在较低的参考电压下，其版图必须仔细设计，有增加足够的滤波电容，使用低噪声、低ripple的电源供电，若使用外部电压参考源，必须使用低噪声参考源，并且要用低噪声的输入信号。输入VREF口的电压直接驱动数模转换器（CDAC）的电容部分。故输入电流极低（典型值<13μA）。这儿有几个有关屏蔽测量但开关驱动导通时的参考源的关键点需要注意。为便于说明，请参见图1。此应用图表示了ET2046用于测量电阻式触摸屏。为测量设备在Y方向上的当前值，需要将X+输入连接到ADC，打开Y+和Y-驱动，再量化X+上的电压（见图3所示的模块图）。对这一测量，X+引线电阻并不影响转换（它影响建立时间，但此阻值一般很小其影响可忽略）。但是由于Y+和Y-间的电阻相当低，Y驱动的导通电阻会有一些影响。综上所述，不管触摸屏上的触点设备指在哪儿都不能使输入为0V或全量程，因为些电压已经损失在内部开关上了。另外，内部的开关电阻并不会和触摸屏的电阻联动，因此增加了一个额Rev 2.02007-12-124/16
ET2046 Rev 2.0 2007-12-12 4/16 表 1 输入配置（DIN），单端参考源模式（SER/ DFR 为高） 表 2 输入配置（DIN），差分参考源模式（SER/ DFR 为低） 内部参考 ET2046 内置一个 2.5V 的电压参考源，可通过控制字 PD1 开启和关闭。一般此参考源只用于单端模式 下的电池监测、温度测量和辅助输入的测量。而差分模式下可优化对触摸屏的测量。为了与 ADS7843 兼 容，内部参考电压源必须关闭。因此，在上电后，必须写入一个 PD1=0 来保证源的关闭。 图 2 内部源的简化图 参考输入 在+REF 和-REF 之间的电压差决定了模拟输入的工作范围。ET2046 在 1V～+VCC电压源下工作。有几 处与电压源输入和其宽电压范围相关的关键点需要注意。当源电压下降时，每一个数字输出码所对应的模 拟输入值也相应下降。这与最低有效位（LSB）相关，1LSB 对应于在 12Bit 模式下的源电压除以 4096 的 值。当源电压下降时，由于 LSB 的值也降低，导致此 ADC 固有的失调误差和增益误差将上升。例如，在 2.5V 电压源下转换器的失调误差为 2LSBs，而在 1V 的电压源下其误差可达 5LSBs。但在两种情况下，器 件失调误差的绝对值是相同的，都为 1.22mV。在较低的参考电压下，其版图必须仔细设计，有增加足够 的滤波电容，使用低噪声、低 ripple 的电源供电，若使用外部电压参考源，必须使用低噪声参考源，并且 要用低噪声的输入信号。 输入 VREF 口的电压直接驱动数模转换器（CDAC）的电容部分。故输入电流极低（典型值<13μA）。 这儿有几个有关屏蔽测量但开关驱动导通时的参考源的关键点需要注意。为便于说明，请参见图 1。此应 用图表示了 ET2046 用于测量电阻式触摸屏。为测量设备在 Y 方向上的当前值，需要将 X+输入连接到 ADC， 打开 Y+和 Y-驱动，再量化 X+上的电压（见图 3 所示的模块图）。对这一测量，X+引线电阻并不影响转换 （它影响建立时间，但此阻值一般很小其影响可忽略）。但是由于 Y+和 Y-间的电阻相当低，Y 驱动的导通 电阻会有一些影响。综上所述，不管触摸屏上的触点设备指在哪儿都不能使输入为 0V 或全量程，因为一 些电压已经损失在内部开关上了。另外，内部的开关电阻并不会和触摸屏的电阻联动，因此增加了一个额
ET2046外的误差源。+VcoVREFW+REFFWX+WConverterIN-REFY-GND图3单端参考源的简化框图（SER/DFR=1，Y开关使能，X+模拟输入）这一情况可由图5所示来补救。在置SER/DFR=O后，+REF和-REF直接连在了Y+和X+上，相应地使模数转换器进入比率转换状态。转换的结果将是外部电阻的百分比，而与外部电阻和内部开关导通电阻比率的变化无关。注意在使用比率模式时要考虑到功耗问题。+VcoY++REFFWHINX-Converter-REFY-GNDO图4差分参考源的简化框图（SER/DFR=0，Y开关使能，X+模拟输入）差分模式下需要注意的最后一点是必须使用+Vcc而不是VREF作为+REF的源。在不需要用比率模式时，可以使用高精度的参考源和单端模式来测量。在特定情况下，可以从一个高精度参考源来启动转换器。大多数的参考源都可以为ET2046提供足够的电力，但可能不能为外部负载（如电阻式触摸屏）提供足够的电力。触摸屏的建立在某些情况下，可能需要在触摸屏上跨接电容来消除触摸屏工作时产生的噪声（例如从背光电路或LCD面板上产生的噪声）。这些电容提供了一个低通滤波器来减小噪声，但在屏被触摸时会引起建立时间的问题，通常会表现为一个增益误差。要消除或减轻这一影响有几种方法。问题的症结在于输入和（或）参考源在ADC采样输入并提供数字输出时并没有达到最终的稳定值。另外，参考源在转换过程中可能还Rev2.02007-12-125/16
ET2046 Rev 2.0 2007-12-12 5/16 外的误差源。 图 3 单端参考源的简化框图（SER/ DFR =1，Y 开关使能，X+模拟输入） 这一情况可由图 5 所示来补救。在置 SER/ DFR =0 后，+REF 和-REF 直接连在了 Y+和 X+上，相应地 使模数转换器进入比率转换状态。转换的结果将是外部电阻的百分比，而与外部电阻和内部开关导通电阻 比率的变化无关。注意在使用比率模式时要考虑到功耗问题。 图 4 差分参考源的简化框图（SER/ DFR =0，Y 开关使能，X+模拟输入） 差分模式下需要注意的最后一点是必须使用+VCC 而不是 VREF 作为+REF 的源。在不需要用比率模式 时，可以使用高精度的参考源和单端模式来测量。在特定情况下，可以从一个高精度参考源来启动转换器。 大多数的参考源都可以为 ET2046 提供足够的电力，但可能不能为外部负载（如电阻式触摸屏）提供足够 的电力。 触摸屏的建立 在某些情况下，可能需要在触摸屏上跨接电容来消除触摸屏工作时产生的噪声（例如从背光电路或 LCD 面板上产生的噪声）。这些电容提供了一个低通滤波器来减小噪声，但在屏被触摸时会引起建立时间 的问题，通常会表现为一个增益误差。要消除或减轻这一影响有几种方法。问题的症结在于输入和（或） 参考源在 ADC 采样输入并提供数字输出时并没有达到最终的稳定值。另外，参考源在转换过程中可能还
ET2046在变化。第一种选择是在要求的触摸屏建立时间内停止或减慢ET2046的DCLK信号。这就使得输入和参考源在确认周期（ET2046中为3个时钟周期，见图8）中能达到稳定值。这在单端模式和差分模式下都可以使用。第二种选择是使ET2046只在测量触摸屏时工作在差分模式下并配置ET2046使其始终处于工作状态（触摸屏驱动开启）而不进入Power-Down状态（PD0=1）。根据建立时间得要求和ET20460的速率进行数次转换。一旦达到需要的转换次数，则处理器命令ET2046在进行最后一次转换后进入Power-Down状态。这一过程可在X方向，Y方向和Z方向的测量中实现。第三种选择是使器件工作在15个时钟每转换周期的模式下，以此可使ADC保持连续工作状态，保持触摸屏驱动始终打开直到从处理器收到停止指令。温度的测量在某些应用下（如电池充电时）需要测量绝对温度。ET2046的温度测量技术源自一个工作在固定电流下的半导体结的特性。二极管结的正向电压（VBE）与温度有着很好的相关性。在实际应用时，可通过已知25℃时VBE的值并监测VBE随温度变化时的偏移值就可得到此时的绝对温度。ET2046提供了两种工作方式。第一种模式需要有一个在已知温度下的电压值作为标准，但只需要一次测量就可得到绝对温度值。在这一测量过程中会使用一个二极管（开启）。在20℃并有20uA的电流流过二极管时，此电压的典型值为600mV。此二极管电压的绝对值会有mV级的偏差。然而，此电压的温度系数（TC）是很固定的，为2.1mV/℃。在最终的产品测试中，为了记忆用作标准的此特定电压，器件将会被存储在一个已知室温的房间中。此种方式下可使测量的结果精度达到0.3℃/LSB（在12-Bit模式下）。+VcoEMPTEMPMUXADCo图5温度测试模式的原理图第二种测量方法不需要测试温度标准，但要用两次温度测量过程来消除无温度标准的影响，可达到2℃的精度。此模式下需要有第二次转换，此时流过二极管的电流将是第一次的91倍。第一次和第二次转换的压差由下式(1)所表示：KT In(N)(1)9其中：N为电流比值=91K=玻尔兹曼常数（1.38054·10-23电子伏/开尔文温度）q=电子电量（1.602189·10-1℃c）T=开氏温度这一模式以降低精度为代价提供了一个测量温度的改进方法。求解开氏温度的方程为：Rev 2.02007-12-126/16
ET2046 Rev 2.0 2007-12-12 6/16 在变化。第一种选择是在要求的触摸屏建立时间内停止或减慢 ET2046 的 DCLK 信号。这就使得输入和参 考源在确认周期（ET2046 中为 3 个时钟周期，见图 8）中能达到稳定值。这在单端模式和差分模式下都可 以使用。第二种选择是使 ET2046 只在测量触摸屏时工作在差分模式下并配置 ET2046 使其始终处于工作 状态（触摸屏驱动开启）而不进入 Power-Down 状态（PD0=1）。根据建立时间得要求和 ET20460 的速率进 行数次转换。一旦达到需要的转换次数，则处理器命令 ET2046 在进行最后一次转换后进入 Power-Down 状态。这一过程可在 X 方向，Y 方向和 Z 方向的测量中实现。第三种选择是使器件工作在 15 个时钟每转 换周期的模式下，以此可使 ADC 保持连续工作状态，保持触摸屏驱动始终打开直到从处理器收到停止指 令。 温度的测量 在某些应用下（如电池充电时）需要测量绝对温度。ET2046 的温度测量技术源自一个工作在固定电 流下的半导体结的特性。二极管结的正向电压（VBE）与温度有着很好的相关性。在实际应用时，可通过 已知 25℃时 VBE的值并监测 VBE随温度变化时的偏移值就可得到此时的绝对温度。ET2046 提供了两种工 作方式。第一种模式需要有一个在已知温度下的电压值作为标准，但只需要一次测量就可得到绝对温度值。 在这一测量过程中会使用一个二极管（开启）。在 20℃并有 20μA 的电流流过二极管时，此电压的典型值 为 600mV。此二极管电压的绝对值会有 mV 级的偏差。然而，此电压的温度系数（TC）是很固定的，为 2.1mV/℃。在最终的产品测试中，为了记忆用作标准的此特定电压，器件将会被存储在一个已知室温的房 间中。此种方式下可使测量的结果精度达到 0.3℃/LSB（在 12-Bit 模式下）。 图 5 温度测试模式的原理图 第二种测量方法不需要测试温度标准，但要用两次温度测量过程来消除无温度标准的影响，可达到 2℃ 的精度。此模式下需要有第二次转换，此时流过二极管的电流将是第一次的 91 倍。第一次和第二次转换 的压差由下式(1)所表示： q KT ·ln(N) (1) 其中： N 为电流比值=91 K=玻尔兹曼常数（1.38054·10-23 电子伏/开尔文温度） q=电子电量（1.602189·10-19C） T=开氏温度 这一模式以降低精度为代价提供了一个测量温度的改进方法。求解开氏温度的方程为：
ET2046AV(2)开氏温度=q(k*In(N))其中：△V=V(I91)-V(li)(单位为mV)开氏温度=2.573开尔文/mV·△V℃=2.573·△VmV)-273开尔文电池电压的测量ET2046具有在稳压器（DC/DC转换器）的一边监测电池电压的能力，见图6。电池电压可从0V变化到6V，同时保持供给ET2046的电压为2.7V或3.3V等。输入电压被除以4故5.5V的电池电压输入到ADC中是1.375V。这样就简化了多路选择器和控制逻辑。为了使功耗达到最小，此分压器只在A2=0，A1=1和A0=0时的采样周期中才工作。2.7VDC/DCConverterBattery0.5V+to5.5V+Vcc0.125Vto1.375VVBATADC7.5k012.5k图6电池监测功能框图压力监测使用ET2046同样也可以监测触摸的压力。为了区别是用手还是用笔触屏，需要测量触摸的力度。般情况下，此测量不需要很高的精度，故推荐使用8-Bit精度模式（但现所示的计算过程以12-Bit精度模式为例）。有多种方法来测量压力。ET2046支持其中的两种方法。第一种方法需要已知X平面的电阻，测量X的位置并加测触摸模屏上的两个额外平面位置（Z1和Z2），如图7所示。利用方程3）即可计算触摸电阻：X-Position (-1)(3)R roUCH =R x-Plate4096Z1第二种方法需要已知X平面和Y平面的电阻，测量X方向，Y方向的位置和Z1。利用方程（4)也能得到触摸电阻：Rx-Plate·X-Position,4096Y-PositionRTOUCH-1)-Ry-Plate(1-(4)40964096Z1Rev 2.02007-12-127/16
ET2046 Rev 2.0 2007-12-12 7/16 开氏温度＝q· (k *ln(N)) ΔV (2) 其中： △V=V(I91)-V(I1)(单位为 mV) 开氏温度=2.573 开尔文/mV·△V ℃＝2.573·△V(mV)-273 开尔文 电池电压的测量 ET2046 具有在稳压器（DC/DC 转换器）的一边监测电池电压的能力，见图 6。电池电压可从 0V 变化 到 6V，同时保持供给 ET2046 的电压为 2.7V 或 3.3V 等。输入电压被除以 4 故 5.5V 的电池电压输入到 ADC 中是 1.375V。这样就简化了多路选择器和控制逻辑。为了使功耗达到最小，此分压器只在 A2=0，A1=1 和 A0=0 时的采样周期中才工作。 图 6 电池监测功能框图 压力监测 使用 ET2046 同样也可以监测触摸的压力。为了区别是用手还是用笔触屏，需要测量触摸的力度。一 般情况下，此测量不需要很高的精度，故推荐使用 8-Bit 精度模式（但现所示的计算过程以 12-Bit 精度模 式为例）。有多种方法来测量压力。ET2046 支持其中的两种方法。第一种方法需要已知 X 平面的电阻，测 量 X 的位置并加测触摸屏上的两个额外平面位置（Z1 和 Z2），如图 7 所示。利用方程(3)即可计算触摸电 阻： R TOUCH ＝R X−Plate · 1) Z Z ( 4096 X Position 1 2 − − (3) 第二种方法需要已知 X 平面和 Y 平面的电阻，测量 X 方向，Y 方向的位置和 Z1。利用方程(4)也能得 到触摸电阻： RTOUCH = ) 4096 Y Position 1) R (1 Z 4096 ( 4096 R X Position Y Plate 1 X Plate − − − − • − − − (4)
ET2046Measure X-PositionOY+X+WTouchM-X-PositicOY-Measure Z,-PositionY+OOX+M-PositionOX-Y-COX+TouclAZ,-PositionY-Measure Z,-Position图7压力测量的框图数字接口ET2046数字接口的典型工作方式见图8CSDCLKDINSA2A1A0N00EPD1PDC(STARTBUSY DOUT:1109876543210Zero Filed(MSB)LSEDrivers 1 and 21)O(SER/DFR High)Drivers 1 and 21.2)OfOffOn(SERDFRLOW)idownmode is entered andPD0=0. (2)DriversandDriver2ison.Y_willtumonnonifPD0=1(nopowrneeeeoowms图8转换时序图，每转换周期24个时钟，8位总线接口。Rev 2.0 2007-12-128/16
ET2046 Rev 2.0 2007-12-12 8/16 图 7 压力测量的框图 数字接口 ET2046 数字接口的典型工作方式见图 8。 图 8 转换时序图，每转换周期 24 个时钟，8 位总线接口
ET2046此图假设数字信号源于一个带有串口的微控制器或数字信号处理器。在处理器和转换器之间的每一次通信，例如SPI，SSI或MicrowireTM同步串行接口，都由8个时钟周期组成。一次完整的转换可由3次串口通信完成，在DCLK共输入24个时钟周期。前8个时钟周期用于通过DIN口提供控制字。当转换器得到足够的信息来配置多路选择器和参考源输入后，此器件进入确认（采样）模式，如果需要会开启触摸屏驱动口。再过3个时钟周期后，控制字的传输完成，转换器进入转换模式。此时，输入采样-保持进入保持模式同时触摸屏驱动口关闭（在单端模式下）。接下来的12个周期完成实际的模数转换。若转换为比率模式（SER/DFR=0），驱动口在转换过程中保持开启同时需要第13个时钟周期来完成最后1Bit的转换。需要额外的3个周期来完成最后一字节（DOUT将为低），此三个周期被转换器所忽略。控制字控制字（加在DIN端口）提供了ET2046的以下信息：开始转换标志位，地址，ADC的精度，配置方式和Power-Down模式的选择，见表3。图8，表3和表4给出了详细信息。起始位一第一位（即S位）必须保持为高来表示控制字开始传输。在未侦测到起始位时ET2046会忽略DIN脚上的所有输入。地址位一接下来的3位（A2、A1、A0）决定了输入多路选择器（见表1、表2和图2）的输入通道，触摸屏的驱动和参考源的输入。模式位一模式位设置了ADC的精度。此位为低，接下来的转换以12-Bit模式进行：此位为高，则接下来的转换以8-Bit模式进行。SER/DFR位一SER/DFR位控制了参考源的模式，是用单端模式（此位为高）还是用差分模式（此位为低）。差分模式也被称为比率模式，当用于测量X方向，Y方向和触摸压力时将会优于单端模式。参考源电压来自开关驱动器的电压，此电压与加在触摸屏上的电压几乎一样大。在此情况下，ADC的参考电压就是跨接在触摸屏上的电压，就不再需要独立的参考源电压。在单端模式下，转换器的参考电压总等于VREF脚和GND脚间的电压差（详见表1-2，图1-4）。若在单端模式下测量X方向，Y方向和触摸压力就需要外接参考源。ET2046同时也必须由外部参考源供电。当使用单端模式时必须当心ADC的输入电压不能超过内部参考源的电压值。特别是在电源电压大于2.7V时。注意：差分测量模式只适用于X方向，Y方向和触摸压力的测量。测量其他的值都需要单端模式。Bit7(MSB)Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bito(LSB)sA2A1A0PD1PDOMODESER/DFR表3控制字中控制位的顺序Bit名称描述Start bit. Control byte starts with first high bit on DIN.A new control byte can start every7s15thclockcyclein12-bitconversionmodeorevery11thclockcyclein8-bit conversionmode (seeFigure 13)Channel Selectbits.AlongwiththeSER/DFRbit,thesebitscontrolthesettingofthe6-4A2-A0multiplexer input,touch driverswitches,andreferenceinputs (seeTablesIandI)12-Bit/8-Bit Conversion Select bit. This bit controls the number of bits for the next3MODEconversion: 12-bits(low) or 8-bits (high)Single-Ended/Differential Reference Selectbit.Alongwith bits A2-AO,this bit controls2SER/DFRthe setting of the multiplexer input, touch driver switches, and reference inputs (seeTables Iand II)1-0PD1-PD0Power-DownModeSelectbits.RefertoTableVfordetails表4控制字中控制位的描述Rev 2.02007-12-129/16
ET2046 Rev 2.0 2007-12-12 9/16 此图假设数字信号源于一个带有串口的微控制器或数字信号处理器。在处理器和转换器之间的每一次 通信，例如 SPI，SSI 或 MicrowireTM同步串行接口，都由 8 个时钟周期组成。一次完整的转换可由 3 次串 口通信完成，在 DCLK 共输入 24 个时钟周期。 前 8 个时钟周期用于通过 DIN 口提供控制字。当转换器得到足够的信息来配置多路选择器和参考源输 入后，此器件进入确认（采样）模式，如果需要会开启触摸屏驱动口。再过 3 个时钟周期后，控制字的传 输完成，转换器进入转换模式。此时，输入采样-保持进入保持模式同时触摸屏驱动口关闭（在单端模式下）。 接下来的 12 个周期完成实际的模数转换。若转换为比率模式（SER/ DFR ＝0），驱动口在转换过程中保持 开启同时需要第 13 个时钟周期来完成最后 1Bit 的转换。需要额外的 3 个周期来完成最后一字节（DOUT 将为低），此三个周期被转换器所忽略。 控制字 控制字（加在 DIN 端口）提供了 ET2046 的以下信息：开始转换标志位，地址，ADC 的精度，配置方 式和 Power-Down 模式的选择，见表 3。图 8，表 3 和表 4 给出了详细信息。 起始位—第一位（即 S 位）必须保持为高来表示控制字开始传输。在未侦测到起始位时 ET2046 会忽 略 DIN 脚上的所有输入。 地址位—接下来的 3 位（A2、A1、A0）决定了输入多路选择器（见表 1、表 2 和图 2）的输入通道， 触摸屏的驱动和参考源的输入。 模式位—模式位设置了 ADC 的精度。此位为低，接下来的转换以 12-Bit 模式进行；此位为高，则接 下来的转换以 8-Bit 模式进行。 SER/ DFR 位—SER/ DFR 位控制了参考源的模式，是用单端模式（此位为高）还是用差分模式（此位为 低）。差分模式也被称为比率模式，当用于测量 X 方向，Y 方向和触摸压力时将会优于单端模式。参考源 电压来自开关驱动器的电压，此电压与加在触摸屏上的电压几乎一样大。在此情况下，ADC 的参考电压就 是跨接在触摸屏上的电压，就不再需要独立的参考源电压。在单端模式下，转换器的参考电压总等于 VREF 脚和 GND 脚间的电压差（详见表 1-2，图 1-4）。若在单端模式下测量 X 方向，Y 方向和触摸压力就需要 外接参考源。ET2046 同时也必须由外部参考源供电。当使用单端模式时必须当心 ADC 的输入电压不能超 过内部参考源的电压值。特别是在电源电压大于 2.7V 时。 注意：差分测量模式只适用于 X 方向，Y 方向和触摸压力的测量。测量其他的值都需要单端模式。 Bit7(MSB) Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0(LSB) S A2 A1 A0 MODE SER/ DFR PD1 PD0 表 3 控制字中控制位的顺序 Bit 名称 描述 7 S Start bit. Control byte starts with first high bit on DIN.A new control byte can start every 15th clock cycle in 12-bit conversion mode or every 11th clock cycle in 8-bit conversion mode (see Figure 13). 6-4 A2-A0 Channel Select bits. Along with the SER/DFR bit, these bits control the setting of the multiplexer input, touch drivers witches, and reference inputs (see Tables I and II). 3 MODE 12-Bit/8-Bit Conversion Select bit. This bit controls the number of bits for the next conversion: 12-bits(low) or 8-bits (high). 2 SER/ DFR Single-Ended/Differential Reference Select bit. Along with bits A2-A0, this bit controls the setting of the multiplexer input, touch driver switches, and reference inputs (see Tables I and II). 1-0 PD1-PD0 Power-Down Mode Select bits. Refer to Table V for details. 表 4 控制字中控制位的描述
ET2046PDO和PD1位-表5描述了power-doWn模式和内部基准源的配置方式。内部参考源能在不影响ADC的情况下开启和关闭。这就在转换进行之前使内部参考源能有额外的时间建立其电压值。ADC不需要额外的建立时间就可以立即工作。为了关闭内部参考源，在通道转换完成后需要向ET2046写入一个额外的指令。PD1PDO描述PENIRQPower-Down Between Conversions.When each conversion isfinished,the converterenters a low-power mode.At the start of the next conversion,the device instantly00Enabledpowersuptofull power.Thereisnoneedforadditionaldelaystoensurefulloperationand the veryfirst conversion is valid.TheY-switch is on when in power-down0DisabledReference is off andADC is on110EnabledReferenceis onandADCisoff.DisabledDevice is always powered. Reference is on and ADC is ON.1表5Power-Down模式和内部参考源的选择PENIRQ输出图9示意了笔中断的输出功能。当在Power-Down模式下并且PDO=O时，Y驱动导通将触摸屏的Y方向接地。PENIRQ输出通过两个传输门连接到X+输入。当屏幕被触摸时，X+输入通过触摸屏被拉到地。在ET2046中，内部上拉电阻一般为50kQ，但此值随着温度和制程的变化会在36kQ和67kQ之间变化。为了确保PENIRQ能达到0.35*(+Vcc)的逻辑低电平，连在X+和Y-间的总电阻必须小于21kQ2。PENIRQ通过在触摸屏到地的通路上泻放电流来达到低电平，以此产生一个给处理器的中断。在X+，Y+和Z方向的测量周期，X+输入与PENIRQ上的内部上拉电阻断开。这样就可以消除从内部上拉电阻通过触摸屏到地的漏电流（此电流会导致测量误差）。另外，PENIRQ信号在测量X+，Y+和Z方向时被禁止并保持为低。PENIRQ信号在测量电池，辅助输入和温度时被禁止并保持为高。若写入ET2046的指令的最后一个字节中的PD0=1，则笔中断输出功能被禁止，因此不能探测出触模屏是否被触模。在此情况下，为了重新使能此信号必须对ET2046写入一个带PD0=0的控制字。若写入ET2046的最后一个控制字包含PD0=0，则在此转换结束后笔中断功能使能。转换的结尾在转换数据的Bit1送出ET2046的时钟DCLK的下降沿发生后。我们推荐在处理器送控制字给ET2046时屏蔽PENIRQ中断。以此可以在本部分讨论的情况下使PENIRQ输出不会误触发。IOVDD0LevePENIROWWHigh excepthenTEMPO.TEMTEMP1activated?DIODEFwwxW-WForurTEMed TEne-measurements activated图9PENIRQ功能框图Rev 2.02007-12-1210/16
ET2046 Rev 2.0 2007-12-12 10/16 PD0 和 PD1 位-表 5 描述了 power-down 模式和内部基准源的配置方式。内部参考源能在不影响 ADC 的 情况下开启和关闭。这就在转换进行之前使内部参考源能有额外的时间建立其电压值。ADC 不需要额外的 建立时间就可以立即工作。为了关闭内部参考源，在通道转换完成后需要向 ET2046 写入一个额外的指令。 PD1 PD0 PENIRQ 描述 0 0 Enabled Power-Down Between Conversions. When each conversion is finished, the converter enters a low-power mode. At the start of the next conversion, the device instantly powers up to full power. There is no need for additional delays to ensure full operation, and the very first conversion is valid. The Y– switch is on when in power-down. 0 1 Disabled Reference is off and ADC is on. 1 0 Enabled Reference is on and ADC is off. 1 1 Disabled Device is always powered. Reference is on and ADC is ON. 表 5 Power-Down 模式和内部参考源的选择 PENIRQ 输出 图 9 示意了笔中断的输出功能。当在 Power-Down 模式下并且 PD0=0 时，Y 驱动导通将触摸屏的 Y 方 向接地。 PENIRQ输出通过两个传输门连接到 X+输入。当屏幕被触摸时，X+输入通过触摸屏被拉到地。 在 ET2046 中，内部上拉电阻一般为 50kΩ，但此值随着温度和制程的变化会在 36kΩ 和 67kΩ 之间变 化。为了确保 PENIRQ能达到 0.35*(+Vcc)的逻辑低电平，连在 X+和 Y-间的总电阻必须小于 21kΩ。 PENIRQ通过在触摸屏到地的通路上泻放电流来达到低电平，以此产生一个给处理器的中断。在 X+， Y+和 Z 方向的测量周期，X+输入与 PENIRQ上的内部上拉电阻断开。这样就可以消除从内部上拉电阻通过 触摸屏到地的漏电流（此电流会导致测量误差）。 另外， PENIRQ信号在测量 X+，Y+和 Z 方向时被禁止并保持为低。 PENIRQ信号在测量电池，辅助输 入和温度时被禁止并保持为高。若写入 ET2046 的指令的最后一个字节中的 PD0=1，则笔中断输出功能被 禁止，因此不能探测出触摸屏是否被触摸。在此情况下，为了重新使能此信号必须对 ET2046 写入一个带 PD0=0 的控制字。若写入 ET2046 的最后一个控制字包含 PD0=0，则在此转换结束后笔中断功能使能。转 换的结尾在转换数据的 Bit1 送出 ET2046 的时钟 DCLK 的下降沿发生后。 我们推荐在处理器送控制字给 ET2046 时屏蔽 PENIRQ中断。以此可以在本部分讨论的情况下使 PENIRQ 输出不会误触发。 图 9 PENIRQ功能框图